Pasch: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 28. November 2010, 18:34 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Halbebenen und das Axiom von Pasch

Halbebenen

Analogiebetrachtungen

Halbgeraden
Halbebenen
Objekt \ G, das in Klassen eingeteilt wird
\ G \ G
Dimension von \ G
 ?  ?
Objekt \ T, das \ G in Klassen einteilt
 ?  ?
Dimension von \ T
 ?  ?
\ T teilt \ G \setminus_{\{ T \}} in genau zwei Klassen. Der Referenzpunkt \ Q hilft, diese Klassen anzugeben:
Klasse 1:
 ?
 ?  ?
Klasse 2:
 ?
 ?  ?

Definition des Begriffs der Halbebene

Alles hat zwei Seiten oder grundlegende Ideen der Beschaffenheit von Ebenen

Zu unsere Vorstellung von der Eigenschaften einer beliebigen Ebene \Epsilon gehört u.a., dass jede Gerade \ g, die zu unserer jeweiligen Ebene \Epsilon gehört, diese in zwei Hälften bzw. zwei Seiten einteilt. Zur Kennzeichnung der beiden Seiten von \Epsilon bezüglich der Geraden \ g verwenden wir einen Punkt \ Q \in \Epsilon, welcher nicht zu \ g gehören sollte. Halbebene 00.png
Zu der einen Hälfte von \ \Epsilon bezüglich \ g gehören alle die Punkte aus \Epsilon \setminus g, die mit \ Q auf derselben Seite von \ g liegen. Alle anderen Punkte aus \Epsilon \setminus g gehören zur anderen Seite von \ \Epsilon bezüglich \ g. Halbebene 01.png

Offene Halbebenen

Die beiden Seiten, in die die Menge der Punkte einer Ebene \ \Epsilon, die nicht auf einer Geraden \ g dieser Ebene liegen, durch diese Gerade \ g eingeteilt wird, heißen offene Halbebenen von \ \Epsilon bezüglich der Trägergeraden \ g. Der nicht zu \ g gehörende Referenzpunkt \ Q \in \Epsilon bietet uns eine Möglichkeit zur Bezeichnung der beiden offenen Halbebenen. Die offene Halbebene, zu der alle Punkte gehören, die bezüglich \ g mit \ Q auf derselben Seite liegen, wird mit \ gQ^{+} bezeichnet, die andere offene Halbebene von \ \Epsilon bezüglich \ g und \ Q mit \ gQ^{-}.

Obige Ausführungen können als informelle Definition des Begriffs offene Halbebene dienen. Hinsichtlich wirklicher mathematischer Exaktheit der Festlegung, was denn eine offene Halbene sein möge, bedarf es einer genauereren Erklärung, was denn darunter zu verstehen wäre, dass zwei Punkte \ P und \ Q einer Ebene \ \Epsilon auf ein und derselben bzw. auf zwei verschiedenen Seiten dieser Ebene bezüglich einer Geraden \ g liegen.

Definition IV.1: (offene Halbebene)
Es sei \ \Epsilon eine Ebene in der die Gerade \ g liegen möge. Ferner sei \ Q ein Punkt der Ebene \ \Epsilon, der nicht zur Geraden \ g gehört.
Unter den offenen Halbebenen \ gQ^{+} und \ gQ^{-} bezüglich der Trägergeraden \ g versteht man die folgenden Teilmengen der Ebene \ \Epsilon ohne die Gerade \ g :
\ gQ^{+}:= \{P| \neg\exists S \,\{S\}=g\cap\overline {PQ} \}


\ gQ^{-}:= \{P| \exists S \,\{S\}=g\cap\overline {PQ} \} \setminus \{ g\}

Halbebenen

Vereinigt man die Menge der Punkte einer offenen Halbeben mit der Menge der Punkte der Trägergerade so erhält man eine Halbebene.

Definition IV.2: (Halbebene)
Es sei \ g eine Gerade der Ebene \ \Epsilon. \ gQ^+ und \ gQ^- seien die beiden offenen Halbebenen von \ \Epsilon bezüglich \ g. Unter den (geschlossenen) Halbebenen von \ \Epsilon bezüglich \ g versteht die beiden Punktmengen, die durch die Vereinigung jeder dieser beiden offenen Halbebene von \ \Epsilon bezüglich der Geraden \ g mit jeweils dieser Geraden \ g entstehen.
\ gQ^{+}:= \{P| \neg\exists S\,\{S\}=g\cap\overline {PQ} \} \cup \{g\}
\ gQ^{-}:= \{P| \exists S\,\{S\}=g\cap\overline {PQ} \}


Bemerkung: Für die formale Beschreibung von offenen und geschlossenen Halbebenen wird jeweils dieselbe Bezsichnung verwendet: offene Halbebene: \ g Q^+, (geschlossene) Halbebene: \ g Q^+. Derr weitere Gebrauch der Sprache kennzeichnet, ob es sich um eine offene oder um die geschlossene Halbene handeln soll. Aus Gründen der Vereinfachung sei vereinbart, dass \ g Q^+ bzw. \ g Q^- immer die geschlossene Halbebene meint. Soll die offene Halbebene gemeint sein, so ist dieses durch den Zusatz "offen" zu kennzeichnen. --*m.g.* 21:50, 23. Jun. 2010 (UTC)

Die Repräsentantenunabhängigkeit des Referenzpunktes zweier Halbebenen

Repräsentantenunabhängigkeit?

Satz IV.1
Wenn \ Q_2 ein Punkt der Halbebene \ {gQ_1}^{+} ist, dann gilt \ {gQ_1}^{+} \equiv \ {gQ_2}^{+} und \ {gQ_1}^{-} \equiv \ {gQ_2}^{-}.
Beweis des Satzes IV.1
Neuer Versuch (siehe Diskussionsseite)

Voraussetzung: Q_2 \in {gQ_1}^{+}
Behauptung: {gQ_1}^{+} \equiv {gQ_2}^{+} und {gQ_1}^{-} \equiv {gQ_2}^{-}
Fallunterscheidung:
Fall I \ Q_1, Q_2 und \ P sind nicht kollinear.
Fall II \ Q_1, Q_2 und \ P sind kollinear.

Fall I \ Q_1, Q_2 und \ P sind nicht kollinear.
Schritt Aussage Begründung
(1) {gQ_1}^{+} = \{P| \neg\exists S\,\{S\}=g\cap\overline {PQ_1} \} \cup \{g\}
Die Strecke \overline {PQ_1} schneidet nicht die Trägergerade g.		 Definition von Halbebene
(2) Q_2 \in {gQ_1}^{+}
Q_2 liegt in der Halbebene {gQ_1}^{+}		 Voraussetzung
(3) P,Q_1,Q_2 \in {gQ_1}^{+} Schritt (1) und (2)
(4) Da \overline {PQ_1} (Def. der Halbebene {gQ_1}^{+}) und \overline {Q_1Q_2} (nach Voraussetzung) keinen Schnittpunkt mit g haben, kann auch \overline {PQ_2} als dritte Seite des Dreiecks \overline {PQ_1Q_2}keinen Schnittpunkt mit g haben (da sonst Widerspruch mit Axiom von Pasch).


Die Strecke \overline {PQ_2} schneidet nicht die Trägergerade g.

Schritt (3) und Satz von Pasch
(5) {gQ_2}^{+} = \{P| \neg\exists S\,\{S\}=g\cap\overline {PQ_2} \} \cup \{g\} Schritt (4)
(6) Es gilt: {gQ_2}^{+} = \{P| \neg\exists S\,\{S\}=g\cap\overline {PQ_2} \} \cup \{g\} und


{gQ_1}^{+} = \{P| \neg\exists S\,\{S\}=g\cap\overline {PQ_2} \} \cup \{g\}|| Voraussetzung und Schritt (5)

(7) {gQ_1}^{+} \equiv {gQ_2}^{+} Der Definitionsbereich der beiden Halbebene ist identisch - Schritt (6)
(8) {gQ_1}^{-} \equiv {gQ_2}^{-} Die Mengen {gQ_1}^{+} und {gQ_1}^{-}sind disjunkt, gleiches gilt für die Mengen {gQ_2}^{+} und {gQ_2}^{-} Schritt (7) - Durch Umformung:


Ebene\Epsilon = {gQ_1}^{+} \cup {gQ_1}^{-} \cup g
Ebene\Epsilon = {gQ_2}^{+} \cup {gQ_1}^{-} \cup g
Da Ebene\Epsilon = {gQ_2}^{+} \cup {gQ_2}^{-} \cup g gilt somit auch {gQ_1}^{-} \equiv {gQ_2}^{-}


Fall II \ Q_1, Q_2 und \ P sind kollinear, liegen auf der Geraden \ h.
Schritt Aussage Begründung
(1) {gQ_1}^{+} = \{P| \neg\exists S\,\{S\}=g\cap\overline {PQ_1} \} \cup \{g\}
Die Strecke \overline {PQ_1} schneidet nicht die Trägergerade g.		 Definition von Halbebene
(2) Q_2 \in {gQ_1}^{+}
Q_2 liegt in der Halbebene {gQ_1}^{+}, dadurch gilt: die Strecke \overline {Q_1Q_2} schneidet nicht die Trägergerade g.		 Voraussetzung und Definition von Halbebene
(3) Wenn \operatorname{koll} \left( Q_1, Q_2, P \right) und \ Q_1, Q_2, P paarweise verschieden sind, dann gilt


\operatorname{Zw} \left( Q_1, Q_2, P \right) oder
\operatorname{Zw} \left( Q_1, P, Q_2 \right) oder
\operatorname{Zw} \left( Q_2, Q_1, P \right) .|| Aus Voraussetzung kollinear und Satz II.3

(4) Wenn \operatorname{Zw} \left( Q_1, Q_2, P \right) , dann ist \overline {PQ_2} \subset \overline {PQ_1} und dadurch gilt \overline {PQ_2} \in {gQ_1}^{+} Zwischenrelation, Voraussetzung
(5) Wenn \operatorname{Zw} \left( Q_1, P, Q_2 \right) , dann ist \overline {PQ_2} \subset \overline {Q_1Q_2} und dadurch gilt \overline {PQ_2} \in {gQ_1}^{+} Zwischenrelation, Voraussetzung
(6) Wenn \operatorname{Zw} \left( Q_2, Q_1, P \right), dann gehören alle Punkte der Strecke \overline {PQ_2} entweder zur Strecke \overline {Q_1Q_2} oder zur Strecke \overline {PQ_1}, für die gilt \overline {Q_1Q_2} \in {gQ_1}^{+} oder \overline {PQ_1} \in {gQ_1}^{+}


Dadurch gilt \overline {PQ_2} \in {gQ_1}^{+}

Zwischenrelation, Aussagenlogik
(7) Trivial, bzw. analog zu Fall I

Stimmt das so? Nochmal geändert... --Heinzvaneugen 15:10, 23. Jun. 2010 (UTC)

Dozenten.jpg

Analog dazu: Übungsaufgabe 8.1. Dort wird allerdings etwas anders vorgegangen, nämlich dass R \notin {gQ}^{+} . Die Analogie der Lösungen ergibt sich daraus, dass die Mengen disjunkt sind.

Müssen wir unbedingt unterscheiden, ob einmal kollinear und einmal nichtkollinear!? --TimoRR 08:51, 8. Jul. 2010 (UTC) Oder geht das auch einfachso wie im folgenden eingescannten Beweise!? Beweis Satz IV.1 --TimoRR 08:51, 8. Jul. 2010 (UTC)

Ich hab ein Problem mit der Voraussetzung: Wenn ich nur sage Q_2 \in {gQ_1}^{+} , dann kann \ Q_2 doch immer noch ein Punkt auf g sein, oder sprechen wir von offenen Halbebenen? Wenn nicht könnte also \ Q_2 auf g liegen. Der "Referenzpunkt" einer Halbebene darf aber nicht auf der Trägergeraden liegen und so könnte \ Q_2 kein "Referenzpunkt" sein... Hat vielleicht jemand eine Ahnung??? --Principella 22:31, 20. Jul. 2010 (UTC)

Ja, mir ist auch aufgefallen, dass es da ein bisschen durcheinander geht.
Ich würde mal behaupten, dass es bei dem oberen Beweisschema (Fall 1) unter Schritt 2 (Voraussetzung, siehe Argument von Principella), Schritt 4 (denn P kann ja auch auf g liegen, dann hat die geschlossene Strecke mit g eben doch einen Schnittpunkt) und in der Begründung von Schritt 8 (auf einmal ist von disjunkten offenen Halbebenen die Rede, dabei wurde in Schritt 1 die Halbebene als geschlossen definiert) zu Problemen kommt.
Mein Vorschlag: Ich würde im gesamten Beweis mit offenen Halbebenen arbeiten. g gehört ja entweder zu beiden oder zu keiner der Halbebenen, hat also für deren Unterscheidung keine Relevanz.
--Barbarossa 07:16, 21. Jul. 2010 (UTC)

Ich find du hast Recht, der Beweis sollte nur mit offenen Halbebenen geführt werden, denn nur so hat das mit de Repräsentanten überhaupt einen Sinn = Repräsentanten sind nur Repräsentanten einer offenen Halbebene, denn wenn sie Repräsentant beider Halbebenen sein könnten (im Fall der geschlossenen Halbebenen) wäre das Ganze ja sowieso quatsch... --Principella 11:08, 21. Jul. 2010 (UTC)

Außerdem sprechen wir bei Referenzpunkten einer Halbebene von Repräsentanten einer Äquivalenzklasse und wie wir gelernt haben, müssen die drei Kriterien einer Klasseneiteilung erfüllt sein, d.h. die Teilmengen müssen auch disjunkt sein, was bei geschlossenen Halbebenen nicht gegeben ist.

Ich zitiere: "Ein Beispiel für eine Klasseneinteilung

Die übliche morgendliche Hektik an der „Maier-Vorwiesener“ Grund- und Hauptschule: Frau Schulze-Mackenroth zog es für heute vor, ihr Burnout-Syndrom mit Tannenzäpfle und Ouzo zu pflegen, weshalb sie sich kurz vor knapp bei Rektor Pollenwein telefonisch krank gemeldet hat. In ihrer Grundschulklasse geht es derweilen drunter und drüber. Xulio-Dävid hat seine überforderte, allein erziehende Mutter ausgetrickst und das Methylphenidat nicht genommen. Jetzt lässt er seine ADHS hemmungslos an seinen Klassenkameraden aus.

Zu Hause bei Lehrer Steiner gab es ein weiteres mal Stress wegen der jungen blonden Referendarin, die Steiner betreut. Er flüchtet deshalb und kommt eine Stunde früher. Erleichtert sieht ihn Rektor Gendarm beim Anmarsch auf die Schule. Aus dem Rektoratsfenster ruft er Steiner zu: „Du musst ganz schnell in die Klasse von Xulio-Dävid. Es brennt mal wieder!“

Damit ist eindeutig geklärt, in welche Klasse Herr Steiner gehen muss. Rein formal hätte Rektor Gendarm natürlich auch die Namen von anderen Schülern nennen können, die mit Xulio-Dävid in dieselbe Klasse gehen. An der klassischen Grund- und Hauptschule geht jeder Schüler in genau eine Klasse. Ihre Klassen sind ein Beispiel dafür, was der Mathematiker unter einer Klasseneinteilung versteht."

Das Ganze ist analog zur Unabhängigkeit des Referenzpunktes zweier OFFENER HALBEBENEN zu sehen... --Principella 20:32, 24. Jul. 2010 (UTC)

Das Axiom von Pasch

Was Axiomatik ist und wie man Axiome zu formulieren hat, das ist erst gegen Ende des 19. Jh. von Pasch gezeigt worden; von ihm lernten es die italienischen Geometer und lernte es Hilbert.
Hans Freudenthal, Mathematik als pädagogische Aufgabe, Stuttgart 1973, S. 14)

Axiom III.2: Das Axiom von Pasch
Gegeben sei ein Dreieck \overline{ABC}. Ferner sei \ g eine Gerade, die durch keinen der drei Eckpunkte \ A, B, C geht. Wenn \ g eine der drei Seiten des Dreiecks \overline{ABC} schneidet, dann schneidet \ g genau eine weitere Seite des Dreiecks \overline{ABC}.

Konvexe Punktmengen

Definition IV.3: (konvexe Punktmenge)
Eine Menge \ M von Punkten heißt konvex, wenn mit je zwei Punkten \ A und \ B dieser Menge die gesamte Strecke \overline{AB} zu \ M gehört.
Satz IV.2
Halbebenen sind konvexe Punktmengen
Beweis von Satz IV.2

trivial (Der Leser überzeuge sich davon)

Satz IV.3
Der Durchschnitt zweier konvexer Punktmengen ist konvex.
Beweis von Satz IV.3

Es seien \ M_1 und \ M_2 zwei konvexe Mengen.

zu zeigen: Der Durchschnitt der beiden Mengen \ M_1 und \ M_2 ist auch konvex.

Lösung von Aufgabe 7.5

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